摘要:葉輪是渦輪流量計(jì)的重要組成部分,根據(jù)理論模型可知，葉輪對(duì)渦輪流量計(jì)的計(jì)量性能具有一定的影響。針對(duì)不同葉輪對(duì)渦輪流量計(jì)的影響,通過(guò)試驗(yàn)的方法,分析了改變?nèi)~輪傾斜角對(duì)渦輪流.量計(jì)計(jì)量性能的影響。結(jié)果表明,角度較大的葉輪B對(duì)其誤差曲線影響較小;角度較小的葉輪A對(duì)其誤差曲線影響較大。
渦輪流量計(jì)具有精度高、重復(fù)性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量范圍廣、體積小、質(zhì)量輕、壓力損失小、維修方便等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用在石油、化工、冶金、城市燃?xì)夤芫W(wǎng)等行業(yè)中1。隨著渦輪流量計(jì)的大量使用，用戶對(duì)其計(jì)量準(zhǔn)確度的要求也越來(lái)越高。
葉輪傾斜角θ或葉片數(shù)Z是渦輪流量計(jì)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù),直接影響流量計(jì)的計(jì)量性能。θ角減小，當(dāng)進(jìn)人流量計(jì)被測(cè)流體流速相同時(shí)，葉輪速度將提高。當(dāng)其它條件不變時(shí),隨著θ角減小,葉輪轉(zhuǎn)速增大,提高.了儀表的靈敏度。但轉(zhuǎn)速提高使阻力矩增大,被測(cè)流體的壓力損失增大,軸承磨損增大，儀表壽命降低。
在研發(fā)氣休渦輪流量計(jì)的過(guò)程中，針對(duì)葉輪傾斜角θ大小的改變對(duì)渦輪流量計(jì)性能的影響進(jìn)行研究。
1渦輪流量計(jì)的測(cè)量原理與結(jié)構(gòu)
1.1基本結(jié)構(gòu)
渦輪流量計(jì)主要山整流器、葉輪、磁性聯(lián)軸器、機(jī)械計(jì)數(shù)器、內(nèi)輪變速器等組件組成。
1.2 基本原理
渦輪流量計(jì)是一-種流體測(cè)量裝置，流體的動(dòng)力驅(qū)使葉輪旋轉(zhuǎn),其旋轉(zhuǎn)速度與體積流量近似成正比例。通過(guò)流量計(jì)的流體體積是基于葉輪的旋轉(zhuǎn)數(shù)得到的,主要是運(yùn)用磁電轉(zhuǎn)換裝置或者機(jī)械輸出裝置將渦輪轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化成電脈沖,二次儀表進(jìn)行計(jì)算和顯示，由單位時(shí)間內(nèi)電脈沖和累計(jì)電脈沖數(shù)來(lái)反映瞬時(shí)和累計(jì)流量。
1.3 葉輪
渦輪葉輪亦稱葉輪，一般采用工程塑料、鋼或鋁合金材質(zhì),其作用是把流體動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。按照設(shè)計(jì)要求,葉輪葉片數(shù)為Z= 12~20,葉片傾斜角θ=30~45°,重疊度為1~1.2,葉片與內(nèi)機(jī)光間隙為0.5~1 mn。為提高渦輪流量計(jì)的計(jì)量性能，可適當(dāng)增加葉片數(shù)或調(diào)整傾斜角3)
1.4理論依據(jù)
渦輪流量計(jì)的數(shù)學(xué)模型為
式中:J為渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;w為渦輪葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度;7,為流體對(duì)葉片產(chǎn)生的推動(dòng)力矩;Tm為渦輪軸與軸承之間摩擦產(chǎn)生的機(jī)械摩擦阻力矩;Ts為流體通過(guò)渦輪時(shí)產(chǎn)生的流動(dòng)阻力矩;Tm為電磁轉(zhuǎn)換器對(duì)渦輪產(chǎn)生的電磁阻力矩;Z為渦輪葉片數(shù);θ為葉片傾斜角;r為葉片的平均半徑;A為流通截面積;p為流體的密度;f為信號(hào)脈沖頻率;q為體積流量;K為儀表系數(shù);q。為瞬時(shí)體積流量。
根據(jù)數(shù)學(xué)模型可以定性判斷出渦輪流量計(jì)的計(jì)量性能與葉輪的葉片傾斜角有關(guān)，筆者選取不同θ角的葉輪在同一臺(tái)渦輪流量計(jì)上進(jìn)行試驗(yàn)，分析其對(duì)渦輪流量計(jì)的影響。
2試驗(yàn)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
2.1試驗(yàn)介紹
試驗(yàn)選取相同內(nèi)徑、外徑的葉輪,只是葉輪的傾斜角、葉片數(shù)及質(zhì)量可能不同,對(duì)渦輪流量計(jì)的性能進(jìn)行研究。葉輪傾斜角的平面圖如圖1所示。
2.2試驗(yàn)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理
計(jì)算流量計(jì)的相對(duì)示;值誤差為:
式中:Eij為第i檢定點(diǎn)第j次檢定被檢流量計(jì)的相對(duì)示值誤差,%;Vij為第i檢定點(diǎn)第j次檢定時(shí)流量計(jì)顯示的累積流量值,m3;(V,)ij為第i檢定點(diǎn)第j次檢定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)器換算到流量計(jì)處狀態(tài)的累積流量值,m3。
試驗(yàn)選取一臺(tái)0.5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的TGM/G250/DN80/PN16氣體渦輪流量計(jì)，選用兩種不同參數(shù)的葉輪,在試驗(yàn)中研究葉輪對(duì)渦輪流量計(jì)計(jì)量性能的影響。
試驗(yàn)所用葉輪A與B的差別見(jiàn)表1。
試驗(yàn)之前，分別對(duì)裝有不同葉輪的渦輪流量計(jì)進(jìn)行空載計(jì)時(shí),見(jiàn)表2。
選用葉輪A時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。
選用葉輪B時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。
根據(jù)表3和表4作出葉輪A和葉輪B的誤差曲線圖,如圖2和圖3所示,葉輪A在流量20~400 m2/h時(shí),0.5級(jí)是合格的，在100m3/h誤差出現(xiàn)突變情況;葉輪B在流量12~400m*/h時(shí),0.5級(jí)是合格的。
根據(jù)表3和表4作出葉輪A和葉輪B的誤差對(duì)比圖,如圖4所示。
由圖4可以看出，葉輪B的誤差曲線在流量點(diǎn)50~400 m3/h的線性比葉輪A的線性要好;在流量點(diǎn)8~12 m3/h，誤差大概為-1%~- -3%左右，均為不合格點(diǎn)。
3結(jié)論
通過(guò)試驗(yàn)，分別對(duì)不同傾斜角葉輪進(jìn)行研究,得出如下結(jié)論:
(1)葉輪B在小流量點(diǎn)的誤差優(yōu)于葉輪A;
(2)兩葉輪在流量點(diǎn)100m3/h都出現(xiàn)誤差突變;
(3)葉輪A在線性區(qū)誤差更趨近零點(diǎn);
(4)葉輪B在線性區(qū)誤差偏離零點(diǎn),但是仍在誤:差范圍內(nèi);
(5)對(duì)于量程大的渦輪流量計(jì),應(yīng)該優(yōu)選傾斜角較小的葉輪;而對(duì)于量程小的渦輪流量計(jì)，應(yīng)該優(yōu)選傾斜角較大的葉輪;
(6)在小流量點(diǎn)區(qū)域,不管是葉輪A還是葉輪B,計(jì)量誤差仍然很大。
總之，葉輪傾斜角只影響誤差曲線在線性區(qū)偏離零點(diǎn)的幅度,但是在小流量點(diǎn)誤差仍然很大,給貿(mào)易計(jì)量帶來(lái)了不公平，因此,接下來(lái)的研究工作主要是解決小流量點(diǎn)誤差偏大的問(wèn)題。
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